南堡深層水平井探潛山面井斜角設計方法

胡中志 周 巖 李 然 朱寬亮 李戰偉 張紅臣

（1.冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063004；2.冀東油田公司勘探開發建設項目部，河北唐海 063200；3.冀東油田公司勘探開發研究院，河北唐山 063004）

近年來，地震資料品質及處理精度得到了大幅度提高［1-2］，但由于地層各向異性，利用已鉆井合成記錄來標定的速度應用到待鉆井仍會出現誤差［3-4］，進而導致地層深度、傾角及厚度的預測結果存在誤差，地層埋深越深，誤差越大。深層潛山水平井軌道設計時，地層傾角與設計軌道方位間的夾角、地層傾角預測誤差和有利儲層預測厚度均對探山面井斜角的選擇有較大的影響，如設計值過大，當實際潛山面滯后時，將額外增加大段無效進尺，還會出現無法進山的情況；如設計值過小，因增斜工具和軌跡監測儀器受高溫限制［5］，無法實現有效控制，井斜可能達不到設計要求［6］，從而使實鉆軌跡偏離地質要求的有利儲層鉆進，且有可能在較短進尺內鉆出有利儲層，達不到地質設計目的。因此，針對這種對地層深度、傾角和厚度預測誤差具有較高敏感性的深層潛山水平井，優化設計出合適的探潛山面井斜角，對于減少不必要的鉆井進尺，順利進入儲層并在地質要求的層段鉆進具有重要的意義。

1 潛山水平井探山面井斜角計算模型

當設計軌道沿潛山面低部位向高部位鉆進時，只要設計和實鉆探潛山面井斜角小于90°，即可確保順利進入潛山；而當設計軌道沿潛山面高部位向低部位鉆進時，設計探潛山面井斜角過大會導致無法進山，設計探潛山面井斜角過小會導致增斜率過大，甚至向下穿出有利儲層段。為此以后者為分析對象，探討探潛山面井斜角的設計方法。

1.1 等效地層傾角

建立圖1所示等效地層傾角計算關系示意圖，圖中αI為真實地層傾角，φ為地層傾角方向與設計軌道方位方向的夾角，為等效地層傾角。

圖1 等效地層傾角α *I計算關系示意圖

分析圖1中各參數間的關系可得

由式（1）和式（2）可得

同理可求解出等效地層傾角誤差值

式中，Δ αI為預測地層傾角誤差，°。

1.2 探山面井斜角

建立圖2所示的水平井進山段軌道設計模型，圖中設計探山面井斜角為αs，等效地層傾角為，有利儲層厚度預測值為D，水平段與有利儲層底界之間的距離為HB，水平段設計井斜角為α，進山至水平段增斜率為K。

圖2 潛山水平井進山段軌道設計示意圖

（1）αs最高值計算。為避免實鉆軌跡與潛山面平行或發生“擦頭皮”的情況，αs應滿足

αI存在預測誤差ΔαI時，如果實際αI比預測值大，αs應滿足式（6）才能保證順利鉆遇潛山。

實際設計時，如考慮Δαs大于0°，會導致αs過低，實鉆過程中，如果小于αs，必須提高K值，以確保實鉆軌跡不穿出有利儲層，但實際施工時由于受工具能力所限，K調節范圍有限。因此，實際鉆進過程中，應控制不大于αs，避免αs過低。同時，后續分析時不再考慮Δαs大于0°對αs的影響。

（2）αs最低值計算。為避免實鉆軌跡向下穿出有利儲層，實鉆過程中必須實現HB大于0 m，考慮到實際探潛山面井斜角小于αs，即Δαs小于0°時，HB可由下式計算

對式（8）進行變換，可以得出確保不穿出有利儲層的αs最低值計算公式

對于相對較薄的有利儲層（D＜30 m），為避免實鉆軌跡向下穿出有利儲層，優化設計αs時，應考慮有利儲層厚度預測誤差ΔD，HB取值應大于ΔD，且必須假設ΔD大于0 m，即有利儲層底界上移，目的層變薄。

（3）定向工具增斜率。利用式（9）計算αs最小值時，應充分考慮定向工具的增斜率K和高溫條件下的軌跡監測能力，K取值時應參考先期實施的探井和評價井鉆探時工具的實際增斜率的平均值，預留一定的井斜調整余地。

2 設計實例

（2）αs上限值計算。由式（7）可得αs最大值

（3）αs下限值計算。由式（9）可得αs最小值

以南堡灘海某深層奧陶系潛山水平井為例，該井潛山頂面設計垂深4 503.29 m，潛山面傾角預測值為19.9°，預測誤差為±5°，地層傾角方向與設計軌道方位方向夾角為85°；有利儲層厚度預測值為30 m，預測誤差±10 m；經過統計分析，先期實施的探井和評價鉆探過程中， ?152.4 mm井眼平均增斜率為3（°） /30 m，實鉆井斜角與設計井斜角偏差值在3°以內。

由式（4）可求解出等效地層傾角誤差值

由上述計算結果可初步確定探山面井斜角的取值范圍為76.56～87.86°，考慮到該井靶前位移較小，探山面井斜角過大，會導致上部大尺寸井眼曲率增加，軌跡控制難度加大，因此該井實際設計探山面井斜角設計為77°。預測潛山面前設計100 m以77°穩斜的穩斜段，用于上部井段因各種因素造成井眼軌跡未達到設計要求時進行軌跡調整，以及探潛山時為防止井漏造成重大損失而采用常規無隨鉆監測穩斜鉆進；由于該井等效地層傾角較小，且水平段較短，不存在向上穿出有利儲層的可能，水平段井斜角設計為90°。探潛山段及潛山內水平段軌道設計數據見表1。

表1 探潛山段及潛山內水平段軌道設計數據

3 效果分析

完鉆后校正潛山頂面深度，潛山面實際傾角為15.9°，在預計誤差范圍內，該井在4 650 m處開始以74～77°的井斜穩斜鉆進，鉆至4 813 m處發生井漏，井斜75.6°，垂深4 495.3 m，根據巖屑返出和氣測情況判斷已揭開潛山面，實際潛山頂面比設計潛山面垂深下移19.6 m。中完后以?152.4 mm井眼完成增斜段至水平段鉆進，增斜段平均增斜率4.11（°）/30 m，完鉆垂深4 508.1 m，鉆入潛山垂直深度12.8 m，小于有利儲層厚度20 m，實現了在有利儲層預測厚度誤差范圍內的安全鉆進。

4 結論

（1）科學合理設計深層高溫潛山水平井探潛山面井斜角能夠保證潛山水平段在高溫難以監測條件下沿地質設計有利儲層鉆進。

（2）探山面井斜角的設計，應綜合考慮儲層傾角和有利儲層厚度等因素的設計誤差，且以最大誤差為依據，以提高探潛山面井斜角設計的合理性。

（3）當探潛山面井斜角可選范圍較小時，應加強實鉆地層對比和井眼軌跡控制，按實鉆地層變化情況及時將井斜角調整至利于沿潛山鉆進的所需值，確保實現地質目的。

［1］ 孫歧峰，杜啟振.多分量地震數據處理技術研究現狀［J］.石油勘探與開發，2011，38（1）：67-73.

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［3］ 王童奎，翟瑞國，趙寶銀，等.南堡凹陷潛山面精細成像目標攻關處理研究［J］.地球物理學進展，2010，25（3）：857-865.

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